[Niszczyciel666]

Mireczki, ostatnio wpadłem na ciekawy pomysł. Jakiś czas temu byłem na szkoleniu i traf chciał, że trafiłem do takiej grupy, gdzie oprócz mnie i jednego człowieka, nikt nie był pracownikiem technicznym. Z tego też względu częstokroć człowiek, który opiekował się naszą grupą mówił na temat elektrotechniki, energetyki i ogólnie o technice w taki sposób, że ludzie go nie rozumieli. Z tego też względu często tłumaczyłem coś w prostszych słowach. To mi podsunęło myśl, że może by spróbować podobnej rzeczy na wykopie. Masa ludzi nie wie za dużo na temat tego skąd ma w gniazdku energię, a wydaje mi się, że jest to wiedza, którą warto mieć, choćby po to żeby rozumieć, że pewne działania operatorów systemu elektroenergetycznego są niezbędne mimo, że godzą w interesy jednostek. Tym też wpisem sprawdzę czy zainteresowanie tematem jest w ogóle warte zachodu i poświęcanego czasu. Na próbę taguję #podnapieciem - taką nazwę wymyśliłem. Na pierwszy ogień kwestia nurtująca wielu ludzi.


Zapewne wiele razy słyszałeś ten dźwięk. Nieprzyjemny, niski, wywołujący ciarki na plecach dźwięk wydobywający się z tego dziwnego kiosku na skrzyżowaniu. Być może nawet zastanawiałeś się kiedyś co do powoduje. Otóż, dźwięk ten dochodzi z wnętrza urządzenia elektrycznego znanego jako transformator (o nim innym razem, jeśli będzie zainteresowanie). Za generację tego uciążliwego pierdzenia odpowiadają rdzenie transformatora. Najczęściej wykorzystywanym materiałem do ich konstrukcji jest specjalna stal zwana stalą elektrotechniczną. Jak powszechnie wiadomo żelazo, które jest głównym składnikiem stali, ma właściwości ferromagnetyczne, tzn. wzmacnia w swoim wnętrzu zewnętrzne pole magnetyczne. Ale co to ma wspólnego z tym nieprzyjemnym pyrkaniem? Za generację tego dźwięku odpowiada zjawisko któremu stal ulega pod wpływem działania pola, znane jako magnetostrykcja. Idea zjawiska jest banalnie prosta. Być może nie wiesz drogi czytelniku, ale pole magnetyczne powstaje w skutek przepływu prądu. Zależność opisująca ten związek nazywa się prawem Ampere'a. No dobrze, ale jak to jest możliwe, że magnes z mojej lodówki również wytwarza pole magnetyczne? Przecież nie podłączyłem go do gniazdka. Odpowiedź jest bardzo prosta, prostsza niż myślisz drogi czytelniku. We wnętrzu ferromagnetyków znajduje się coś co określane jest mianem domen magnetycznych. O tym również napiszę kiedy indziej, na potrzeby tego wpisu przyjmijmy uproszczenie mówiące, że domena to pojedyńczy maleńki magnesik. Na cały magnes składają się miliony takich magnesików. Na potrzeby tego wpisu dodam również, że powodem istnienia tych domen jest ruch elektronów w atomach. Teraz już powinno być jasne skąd się bierze pole magnetyczne w moim magnesie. Ruch elektronów to nic innego jak przepływ prądu. Ale wracając do meritum, mamy sobie kawał stali składający się z maleńkich magnesików. Teraz przyłóżmy do niego pole magnetyczne. malutkie magnesiki zmieniają orientację przestrzenną obracając się swoimi biegunami tak jak dwa duże magnesy obrócą się do siebie swoimi. Z tego powodu następuje delikatne odkształcenie całego rdzenia. To jest właśnie magnetostrykcja. To teraz dodajmy, że prąd który płynie przez transformator zmienia kierunek płynięcia 20 razy na sekunde, co daje częstotliwość 50 Hz (Herców). Za zmianą kierunku przepływu prądu idzie zmiana kierunku pola magnetycznego w rdzeniu co powoduje również zmianę orientacji domen oraz ciągłe odkształcanie rdzenia transformatora. Te odkształcenia rozchodzą się w powietrzu w postaci fali mechanicznej, czyli właśnie dźwięku który słyszymy. Dźwięk ten ma częstotliwość 100 Hz. Oczywiście powyższy opis dotyczy transformatora. Dźwięk dochodzący z linii wysokiego napięcia ma inną naturę powstawania. Ale to już materiał na następny wpis. Dajcie znać czy jest zainteresowanie tematem i czy jest sens to ciągnąć.

#elektrotechnika #ciekawostki #energetyka #elektroenergetyka #automatyka #elektronika #nauka #inzynieria

[Nunusik]

@Niszczyciel666: Spoko wpis, tylko zbyt wiele uproszczeń. Zacząłbym od konkretnych urządzeń - generator i ruch, transformator, linie, a później zjawiska w nich występujące :)

[wonsz_smieszek]

prąd który płynie przez transformator zmienia kierunek płynięcia 20 razy na sekunde, co daje częstotliwość 50 Hz (Herców).

@Niszczyciel666: tu się coś nie zgadza :)

Dźwięk ten ma częstotliwość 100 Hz.

a tu brakuje dość istotnego wyjaśnienia skąd nagle się bierze 100 Hz, skoro przed chwilą ustaliliśmy że częstotliwość to 50 Hz :)

[rafiak]

@wonsz_smieszek: Ułożenie domen zmienia się 2 razy na okres

[elineusz]

@Niszczyciel666: A nie prościej napisać:


#suchar

[v.....a]

@Niszczyciel666: popracuj nad tonem (zbyt protekcjonalny) i ogranicz liczbę dygresji (inaczej ustrukturyzuj tekst). Sama zawartość ciekawa, chętnie będę czytać :)

[zarowka12]

@rafiak: zawsze kierunek zmienia się dwa razy na okres. Na tym polega okres, że na koniec kierunek jest taku sam jak na początku. To wcale nie tłumaczy skąd ma się wziąć 100 Hz. Słychać 50 herców.

[rafiak]

@zarowka12: 100Hz, zmiana zachodzi 2 razy w ciągu okresu bo raz ustawiają się w drugą stronę, a później odwracają się o 180°

[zarowka12]

@rafiak: ale na tym właśnie polega okres, że zawiera dwie zmiany. Długość jednego okresu to 360 stopni (2 pi) a nie 180. 100 herców miałbyś przy 200 zmianach na sekundę. Popatrz na wykres sinusa w czasie jednego okresu, ile ma szczytów i przejść przez zero.

[wawelkor]

@Niszczyciel666 chcemy więcej

[miszczo997]

@rafiak: czyli wg Ciebie podając na głośnik sinusoidę o częstotliwości 50Hz, wygeneruje on dźwięk o częstotliwości 100Hz? @zarowka12 ma rację

[rafiak]

@miszczo997 Wiesz co, nie wiem. O tym, że jest to 100Hz usłyszałem dzisiaj na wykładzie i wtedy to było logiczne. Muszę to przemyśleć bo ciekawa sprawa :)

[zarowka12]

@rafiak: 100 Hz jest za mostkiem prostowniczym w zasilaczu. Mostek ujemne połówki zamienia w dodatnie, które pojawiają się obok "zwykłych" dodatnich. Ujemnych połówek już nie ma, a dodatnich robi się dwa razy więcej. I wtedy mamy faktycznie 100 Hz. Może w tym kontekście mówili o 100 Hz na wykładzie.

[Niszczyciel666]

@zarowka12: @rafiak: Kolega rafiak ma racje. Nie wiem jak to prosto opisać słowami więc mam nadzieję, że poglądowy obrazek z painta objaśni co się dzieje. Popatrz na ten obrazek. W momencie oznaczonym jako 1/4 T czyli 1/4 okresu masz jedno położenie skrajne. Stal ma w tym momencie maksymalną długość, potem masz 2/4 T czyli połowa okresu, i tu stal ma najmniejszą długość. Widzisz, że w drugiej połowie okresu elektrycznego to

[zarowka12]

To właśnie powoduje, że częstotliwość zmian długości jest dwa razy większa niż częstotliwość fali prądu, co przekłada się bezpośrednio na częstotliwość emitowanego dźwięku.

@Niszczyciel666: częstotliwość to liczba okresów na sekundę. Okresów, nie zmian. Wprowadzacie własną definicję częstotliwości i wychodzą Wam dziwne rzeczy :)

[rafiak]

@zarowka12 Nie, nie - to było o prądzie zmiennym zdecydowanie. A co do tego buczenia to wydaje mi się, że na początku okresu dipole obracają się powodując zniekształcenie rdzenia, późnej po przejściu przez 0 (ujemna część sinusoidy) znów się odwracają. Każdy z obrotów to jeden okres fali dźwiękowej i stąd mi się wzięło 100Hz, przynajmniej tak zrozumiałem.

[Niszczyciel666]

@zarowka12: Ale właśnie w tym sęk, że okres drgań mechanicznych i okres drgań elektronów w przewodniku to nie są te same okresy. Okres z definicji to czas trwania jednego pełnego drgnięcia. Cały dowcip polega na tym, że w tym przypadku jedno pełne drgnięcie stali (od minimalnej długości do maksymalnej i znów do minimalnej) zajmuje pół okresu drgań elektronów w przewodniku. z tego względu o połowę mniejszy czas jednego pełnego drgnięcia powoduje

[zarowka12]

@Niszczyciel666 @rafiak : aaa, czaję. Zmiany kierunku prądu oraz domen mają 50 Hz, ale drgnięcia mechaniczne mają ten sam zwrot dla obu połówek okresu. Myślałem, że będą mieć przeciwny. Czyli następuje takie mechaniczne prostowanie sygnału i wychodzi 100 Hz :)

[gibon1617]

@Niszczyciel666: wytłumacz mi proszę działanie obwodów 3f z przewodem neutralnym i bez, i z rożnymi rodzajami obciążeń :P ( albo w ogóle po prostu 3f)

[macgajster]

@Niszczyciel666: ale... stal nie wzmacnia strumienia magnetycznego, nie jest podłączona do zewnętrznego źródła zasilania. Jedynie ukierunkowywuje ten strumień tak, by zamknąć linie pola i zmniejszyć straty (vide sprawność transformatora powietrznego vs. transformatora z jakimkolwiek rdzeniem ferromagnetycznym).
Warto też zaznaczyć różnicę między prądem zmiennym, a przemiennym, bo ludzie często mylą pojęcia ( ͡~ ͜ʖ ͡°)

[Niszczyciel666]

@macgajster: Faktycznie słowo "wzmacnia" nie do końca oddaje to co się dzieje z ferromagnetykami, to takie uproszczenie. Mała reluktancja powoduje, że strumień zamyka się przez rdzeń, ale to by wymagało wprowadzania nowych pojęć, a chciałem tego uniknąć.